khimie.ru

В следующих опытах один элемент вытесняет другой из сложного химического соединения.

А. Тщательно разотрите в ступке смесь из 1 г серы и 4,3 г нитрита натрия, перенесите ее на металлическую пластинку и подожгите спичкой (осторожно!). После сгорания в результате пирохимической реакции, протекающей с выделением большого количества тепла, образуется белый сульфат натрия порошок:

2NаNO₂ + S = Nа₂SO₄ + N₂↑.

Б. Тщательно перемешайте смесь из 12 г порошка алюминия и 8,5 г оксида железа Fе₂O₃. Поместите ее в железный тигель большого объема и поставьте в песчаную баню. Поджигать смесь можно магниевой лентой или смесью перманганата калия и глицерина (1 г перманганата и 2-3 капли глицерина). Смесь горит с ослепительным светом и сильным разогревом. Уравнение алюминотермической реакции:

2А1 + Fе₂O₃ = 2Fе + А1₂О₃.

Опыт демонстрирует процесс, часто применяемый в технике для сварки массивных металлических изделий и получения металлов. Опыт проводите в очках и маске под тягой за экраном из толстого органического стекла.

С помощью алюминотермии можно провести интересный синтез драгоценного камня — рубина, минерала, состоящего из оксида алюминия с небольшой примесью хрома, которая придает кристаллу характерный цвет. Конечно, получаются не прозрачные большие кристаллы, а небольшое количество порошка, но все же…

Приготовьте смесь из 1 г порошка алюминия и 0,5 г оксида хрома (III) и тщательно перемешайте. Насыпьте на дно железного тигля 2,5 г фторида кальция (он будет выполнять роль флюса, снижающего температуру плавления смеси), сверху засыпьте приготовленную ранее смесь, а затем зажигательную смесь (0,6 г КNО₃ и 0,2 г глюкозы или сахара). Тигель поставьте под тягу в песчаную баню. Стальную трубку диаметром 0,5-1 см и длиной 10-15 см закрепите в штативе и направьте внутрь тигля, к трубке при помощи длинного резинового шланга с зажимом присоедините кислородную подушку (внимание! Опыт проводить в темных очках за экраном из толстого органического стекла!).

Отрегулируйте ток кислорода и подожгите смесь в тигле спичкой (осторожно!). Реакция протекает с ослепительным свечением, так как кислородное дутье повышает температуру горения. После охлаждения продуктов реакции на поверхности и на изломах спекшихся веществ видно множество бледно-розовых кристалликов рубина. Уравнение реакции:

2А1 + Сr₂O₃ = А1₂O₃ + 2Сr.

Соблюдая осторожность, можно провести исследование влияния соотношения алюминия и оксида хрома на выход продукта.

В. Кремний в настоящее время является самым распространенным полупроводниковым материалом. Для его получения смешайте 6 г оксида кремния (мелкого кварцевого песка), 8 г порошкообразной серы и 6,7 г алюминиевого порошка (сера в реакции нужна для понижения температуры плавления смеси). Поместите смесь в фарфоровый тигель, насыпьте сверху зажигательную смесь, тигель поместите в песок под тягой и подожгите (осторожно!). Охладите тигель после реакции, разбейте его и вместе с содержимым поместите в стакан с разбавленной соляной кислотой, при этом выделяется сероводород.

Не растворившиеся куски продукта несколько раз отмойте в воде от гидроксида алюминия, взбалтывая осадок с водой и сливая. После этого обработайте продукт несколько раз концентрированной соляной кислотой:

А1₂О₃ + 6НС1 = 2А1С1₃ + 3Н₂O;

2А1 + 6НС1 = 2А1С1₃ + 3Н₂↑; А1₄Si₃+ 12НС1 = 4А1С1₃ + 3SiН₄.

После растворения побочных продуктов на дне колбы останутся кристаллы кремния. Уравнение реакции получе­ния Si:

3SiO₂ + 4А1 = 2А1₂O₃ + 3Si.

Чтобы получить аморфный кремний, подожгите смесь кварцевого песка и порошка магния (осторожно!). Уравнение реакции:

2Мg + SiO₂ = 2МgО + Si.

Когда продукт остынет, обработайте его соляной кислотой, после растворения побочных продуктов получится аморфный кремний.